AREMA Chapitre 30 Collages et fixations

L’American Society for Railroad Engineering and Road Maintenance (AREMA) est principalement chargée d’élaborer et de diffuser des recommandations et des informations relatives aux sujets suivants :

• Caractérisation de l'environnement de charge et des performances des traverses sur les voies ferrées.
• Spécifications techniques pour la conception du béton destiné à la production de traverses en béton ou de traverses à treillis.
• La conception et l'utilisation des traverses en béton, y compris les dispositifs ou systèmes utilisés pour fixer les rails aux traverses.
• Évaluation de la détérioration des traverses en béton des sièges de rails.
• Conception, utilisation, entretien, inspection et mise au rebut des traverses en bois et des traverses de fermes en bois.
• Tenir à jour les registres et les données relatifs à la durée de vie et à l'utilisation économique des traverses en bois.
• Conception, propriétés des matériaux et considérations générales relatives aux traverses composites d'ingénierie.
• Tests d'évaluation des systèmes de connexion.

Le document intitulé « AREMA Part 30 Fixations et connecteurs », élaboré par cette organisation, est une ressource indispensable pour les professionnels du secteur ferroviaire du monde entier.

Dans le monde complexe du génie ferroviaire, peu d'éléments sont aussi fondamentaux et pourtant sous-estimés que les traverses et leurs fixations. Ces éléments constituent l'ossature de la voie ferrée, répartissant les charges, assurant l'alignement et garantissant le passage en toute sécurité de millions de tonnes de marchandises et de voyageurs chaque année. L'American Society for Railroad Engineering and Road Maintenance (AREMA) joue un rôle majeur dans la normalisation de ces composants essentiels. Au cœur de cette normalisation se trouve le chapitre 30, « Traverses et fixations », qui sert de guide complet pour la conception, la fabrication, les essais et la maintenance des traverses de chemin de fer. Des mises à jour annuelles reflètent les dernières avancées en matière de science des matériaux et de pratiques d'ingénierie, ce qui en fait une ressource indispensable pour les professionnels du secteur ferroviaire du monde entier.

Les traverses de chemin de fer, parfois appelées simplement traverses, sont des poutres transversales perpendiculaires aux rails qui soutiennent et fixent la voie. Elles transmettent les importantes charges dynamiques des trains au ballast et au sous-sol, tout en résistant aux forces latérales et en maintenant l'écartement des rails. Des fixations telles que des goujons, des attaches et des plaques maintiennent les rails aux traverses, empêchant ainsi tout mouvement et toute usure.

Sans traverses robustes, les rails se déformeront sous la tension, entraînant des déraillements, des réparations coûteuses et des risques pour la sécurité. La norme AREMA Part 30 traite de ce problème en proposant des pratiques recommandées qui concilient performance, durabilité et coût. Elle souligne que les traverses doivent résister non seulement aux charges verticales, mais aussi aux agressions environnementales telles que l'humidité, les variations de température et l'exposition à des produits chimiques.

Historiquement dominée par le bois, l'industrie ferroviaire s'est diversifiée pour inclure le béton, l'acier et les matériaux composites. Le chapitre 30 aborde l'ensemble de ces matériaux, garantissant ainsi l'interopérabilité et la fiabilité du réseau.

La partie 30 de la norme AREMA comprend plusieurs sections, chacune portant sur les fixations et des aspects spécifiques de leur utilisation. Voici un aperçu de ses principaux composants :

• Partie 1 : Connecteurs en bois : Les connecteurs en bois restent les plus couramment utilisés et constituent un élément important des systèmes ferroviaires américains en raison de leur rapport coût-efficacité et de leur facilité d’assemblage. Leurs spécifications techniques sont les suivantes :
• Dimensions et classification : Les traverses standard mesurent 21,6 cm d’épaisseur, 22,9 cm de largeur et 2,60 m de longueur, avec des tolérances pour le bois traité et non traité. Conformément aux règles de classification des organismes compétents, les essences telles que le chêne, l’eucalyptus ou le pin sont privilégiées en raison de leur durabilité naturelle.
• Exigences de traitement : Pour lutter contre la pourriture et les insectes, les fixations doivent être traitées par application d’agents protecteurs tels que la créosote ou des composés à base de cuivre. Cette section détaille les profondeurs de pénétration et les niveaux de rétention, garantissant une durée de vie de 30 à 40 ans.
• Défauts et acceptation : Les liaisons présentant un nombre excessif de nœuds, de fissures, de vibrations ou de fibres tordues sont rejetées. Le marquage et la découpe (formage pour les appuis de rail) sont essentiels pour garantir l’uniformité.

Les crochets à ciseaux utilisés aux sorties nécessitent une résistance plus élevée et sont généralement plus longs ou plus épais pour pouvoir manipuler des géométries complexes.

• Partie 2 : Liaisons béton : Les liaisons béton offrent une longue durée de vie (jusqu’à 50 ans) et une grande homogénéité, idéales pour les axes à grande vitesse. L’article 30 stipule :
• Composition du matériau : Béton précontraint à haute résistance avec une résistance à la compression minimale de 5 000 psi. L’armature comprend des câbles d’acier pour résister aux contraintes de traction.
• Caractéristiques dimensionnelles : Elles mesurent généralement 21,6 cm x 25,4 cm x 2,60 m et sont dotées de roulements et d'épaulements intégrés.
• Critères de performance : résistance à la fissuration, à l’abrasion et à la mise à la terre électrique pour les systèmes de signalisation.
• Partie 3 : Matériaux composites et liaisons acier : De nouvelles solutions permettent de réduire l’impact environnemental du bois et les problèmes de poids du béton. Les composites associent des plastiques recyclés, des fibres et des résines pour une solution durable.
• Collages composites : Les directives portent sur les procédés de fabrication, la résistance aux UV et la résistance au feu. La résistance minimale à la flexion lors des essais de flexion négative doit dépasser 10 000 lb-pi.
• Attaches en acier : Elles sont rares mais utilisées dans les environnements urbains ou à forte charge, nécessitant une protection contre la corrosion et un soudage de précision.

Les fixations sont abordées dans des sections dédiées précisant les types de clous, les tailles de vis et les systèmes de clips.

Le chapitre 30 de l'AREMA repose essentiellement sur des tests rigoureux visant à garantir que les dormeuses répondent aux exigences réelles. Ce chapitre décrit les protocoles de laboratoire et de terrain :

• Essais de charge statique et dynamique : les traverses sont soumises à des charges verticales, latérales et de soulèvement afin de simuler le passage des trains. Pour les matériaux composites, un essai de flexion négative au centre applique des charges avec une déflexion de 12,7 cm par minute.
• Évaluations de durabilité : vieillissement accéléré dû aux intempéries, à l’abrasion (usure des roulements de rails) et à la fatigue. Les logiciels de simulation ferroviaire reproduisent des millions de cycles de charge pour prédire la durée de vie.
• Analyse économique : Les résultats des tests de traverses sont comparés en fonction des coûts du cycle de vie, en tenant compte de l’installation, de la maintenance et du remplacement. Une traverse qui cède prématurément peut engendrer des pertes de plusieurs milliers de livres par kilomètre.

Ces tests, généralement effectués par des laboratoires accrédités, vérifient la conformité avant la distribution.

Avec l'électrification des lignes ferroviaires et l'augmentation du volume de fret, la norme AREMA Part 30 évolue également. Parmi les mises à jour récentes figurent des capteurs intelligents pour la surveillance en temps réel et des traitements biosourcés du bois afin de réduire l'utilisation de créosote. Les matériaux composites gagnent du terrain et les essais portent principalement sur le recyclage en fin de vie pour atteindre les objectifs de développement durable.

Les sous-chapitres du chapitre 30 de l'AREMA comprennent les éléments suivants :

• Partie 1 Traverses en bois (dimensions, classification, traitement, conservation, défauts, critères d'acceptation)
• Partie 2 Traverses en béton (matériaux, conception, contrôle de la qualité, assise du rail, précontrainte)
• Partie 3 Traverses composites d'ingénierie (plastique, fibre, recyclé, résistance au feu, essais)
• Partie 4 Traverses en acier (protection contre la corrosion, soudage, capacité de charge)
• Partie 5 Fixations (pointe, pointe à vis, clip élastique, plaque de connexion, isolateur)
• Partie 6 Traverses de ferme et éléments en bois sur mesure (longueur, renforcement, découpe)
• Partie 7 Procédures d'inspection et de maintenance (inspection visuelle, contrôle par ultrasons, estimation de la durée de vie)
• Partie 8 Méthodes d'essai (essais statiques, dynamiques, de fatigue, d'usure et de résistance environnementale)
• Partie 9 Analyse économique (coût du cycle de vie, investissement initial, maintenance, calcul du retour sur investissement)
• Partie 10 Procédures d'assemblage (mise en place, mise en place du ballast, serrage, alignement)

En conclusion, la partie 30 de l'AREMA protège des vies, dynamise l'économie et ouvre la voie à des chemins de fer plus écologiques grâce à la normalisation des traverses et des fixations. Face aux défis climatiques et aux mutations technologiques, ce document continue de favoriser le progrès.

Depuis de nombreuses années, notre organisation, forte de son personnel compétent et expérimenté, comprend les besoins de ses clients, leur fournit les services d'essais avancés requis et les accompagne dans la mise en place, l'application et l'amélioration de leurs systèmes de gestion. Dans ce cadre, nous proposons également des services d'essais aux entreprises, conformément à la norme « AREMA Part 30 Fixations et Connecteurs ».